Турбомашина с разъединяющим устройством, общим для первого и второго подшипников ее приводного вала, компрессор, содержащий разъединяющее устройство, и разъединяющее устройство
Изобретение относится к турбомашине, компрессору и разъединяющему устройству. Турбомашина содержит ротор с приводным валом, отцентрированным на оси турбомашины посредством первого подшипника и второго подшипника, при этом подшипники удерживают соответствующим образом посредством опорной детали первого подшипника и опорной детали второго подшипника, которые прикреплены друг к другу и соединены с неподвижной конструкцией турбомашины посредством разъединяющего устройства. Такая турбомашина содержит средства, предназначенные для совместного действия, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению опор подшипников и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников. Такое выполнение турбомашины, компрессора и разъединяющего устройства позволит снизить затраты и их массу. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области турбомашин с разъединяющим устройством, общим для первого и второго подшипников их приводного вала.
Турбовентиляторный двигатель от верхнего по потоку конца к нижнему по потоку концу, если иметь в виду направление, в котором текут газы, содержит вентилятор, одну или более ступени компрессора, камеру сгорания, одну или более ступени турбины и сопло для выхлопных газов. Вентилятор содержит ротор с лопатками на его периферии, при этом лопатки, когда происходит их вращение, обеспечивают движение воздуха к турбовентиляторному двигателю. Ротор вентилятора опирается на вал ротора низкого давления, находящийся в двигателе. Он сцентрирован на оси турбовентиляторного двигателя посредством первого подшипника, который находится выше по потоку от второго подшипника, при этом два подшипника соединены с неподвижной конструкцией турбовентиляторного двигателя, в частности, с промежуточным корпусом.
Поскольку вентилятор прикреплен к валу компрессора, который представляет собой вал ротора низкого давления в двухкаскадном двигателе, в остальной части описания этот вал или какой-либо иной прикрепленный к нему вал будет просто назван валом компрессора.
Первый подшипник удерживает опорная деталь, образующая корпус вокруг вала компрессора, обращенный к верхнему по потоку концу первого подшипника и прикрепленный к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя. Второй подшипник удерживает опорная деталь, также прикрепленная к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя.
Вследствие случайных явлений лопатка вентилятора может быть утеряна. В результате происходит значительное нарушение равновесия на валу компрессора, что приводит к воздействию на подшипники нагрузок и вибраций, передаваемых их опорными деталями к неподвижным конструкциям турбовентиляторного двигателя, которые в связи с этим должны быть выполнены соответствующим образом.
Такое выполнение приводит к дополнительным затратам и к увеличению массы турбовентиляторного двигателя. Чтобы снизить затраты и массу можно, как это сделано в патенте Франции №2752024, использовать систему, предназначенную для отсоединения подшипников. Опорные детали для первого подшипника и для второго подшипника, в данном случае прикрепленные друг к другу, прикрепляют к конструкции турбовентиляторного двигателя посредством винтов, известных как разрушаемые винты, содержащие ослабленную часть, которая приводит к их разрушению, если силы становятся весьма значительными. Таким образом, когда на валу компрессора возникает нарушение равновесия, силы, действующие на подшипники, будут переданы к разрушаемым винтам, которые ломаются, разъединяя опорные детали подшипников с неподвижной конструкцией турбовентиляторного двигателя. При этом силы, вызываемые нарушением равновесия, более не будут переданы к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя этими опорными деталями.
Как только опоры подшипников разъединены с неподвижной конструкцией турбовентиляторного двигателя, происходят значительные радиальные перемещения вала компрессора. Для ограничения таких перемещений в патенте Франции №2752024 предложено создание деталей, которые образуют «ложные» подшипники для подшипниковых опор, которые вращаются и совершают колебания вместе с валом при отсоединении от неподвижной конструкции; в этом конкретном случае речь идет о ребре, прикрепленном к неподвижной конструкции, проходящем поперек оси турбовентиляторного двигателя и заканчивающемся в башмаках, окружающих вал компрессора, или о ребре, окружающем опору первого подшипника. Однако колебание опор подшипников совместно с приводным валом приводит к появлению значительных сил, а их инерция совместно с рычажным плечом, который они образуют по отношению к оси турбовентиляторного двигателя, велика. Поэтому желательно установить на турбовентиляторном двигателе с разъединяющим устройством аварийную опору подшипника, а не аварийный подшипник или «ложный» подшипник для подшипниковых опор. Другими словами, желательно заменить «ложный» подшипник, образующий ребро согласно патенту Франции №2752024 и представляющий собой ложный подшипник, который поддерживает опорные детали подшипников, на аварийную опору подшипника, действующую совместно с наружными кольцами подшипников, которая, следовательно, должна находиться ближе к подшипникам и к оси турбовентиляторного двигателя.
Таким образом, изобретение относится к турбомашине, содержащей ротор с приводным валом, отцентрированным на оси турбомашины посредством первого подшипника и второго подшипника, которые удерживаются соответственно первой опорной деталью и второй опорной деталью, прикреплены друг к другу и соединены с неподвижной конструкцией турбомашины посредством разъединяющего устройства, характеризующейся тем, что она содержит средства, предназначенные для совместной работы, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению опор подшипников и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
Функции препятствования вращению подшипниковых опор и удерживания приводного вала в радиальном направлении, когда они объединены, фактически выполняют функцию аварийной опоры подшипника.
Более того, как только подшипник отсоединяется, возникает опасность того, что произойдет поломка вала компрессора, а это может привести к вылету вентилятора в направлении вперед. Для защиты от такой опасности известно выполнение проходящего по окружности ребра на валу компрессора вблизи от второго подшипника, которое действует совместно с перегородкой неподвижной конструкции для выполнения функции удерживания вентилятора в осевом направлении. Однако если происходит поломка вала компрессора выше по потоку от этого ребра, то выполнение функции удерживания не происходит. Кроме того, в этом турбовентиляторном двигателе каждый из двух подшипников имеет свое собственное разъединяющее устройство, что увеличивает его сложность.
Предпочтительно, чтобы упомянутые средства были предназначены для выполнения третьей функции - удерживания ротора в осевом направлении в случае поломки приводного вала.
Таким образом, удерживание ротора в осевом направлении может происходить независимо от места, в котором происходит поломка приводного вала ниже по потоку от первого подшипника, поскольку опорные детали первого и второго подшипников прикреплены друг к другу.
Предпочтительно, чтобы упомянутые средства были расположены на опорной детали второго подшипника.
Кроме того, предпочтительно, чтобы упомянутые средства не создавали помех перемещениям приводного вала в продольном направлении при разъединении.
Изобретение также относится к устройству для разъединения упомянутой выше неподвижной конструкции турбомашины и первой и второй частей, прикрепленных друг к другу и образующих опоры для первого подшипника и второго подшипника приводного вала ротора турбомашины, характеризующемуся тем, что оно содержит средства, предназначенные для одновременной работы, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению подшипниковых опор и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
Изобретение также относится к компрессору турбомашины, содержащему ротор с приводным валом, отцентрированным на оси турбомашины посредством первого подшипника и второго подшипника, при этом удерживание подшипников происходит посредством соответственно опорной детали первого подшипника и опорной детали второго подшипника, которые прикреплены друг к другу и соединены с неподвижной конструкцией турбомашины посредством разъединяющего устройства, характеризующемуся тем, что он содержит средства, предназначенные для совместного действия, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению подшипниковых опор и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
Изобретение будет лучше понятно при прочтении приведенного далее описания турбомашины согласно изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид в осевом сечении первого варианта осуществления турбомашины согласно изобретению;
Фиг.2 - схематический вид в осевом сечении второго варианта осуществления турбомашины согласно изобретению;
Фиг.3 - схематический вид в осевом сечении третьего варианта осуществления турбомашины согласно изобретению.
На Фиг.1 показана турбомашина, представляющая собой турбовентиляторный двигатель 1, который в первом варианте осуществления конструкции содержит ротор, который не показан и называется вентилятором, имеющий лопатки, проходящие в радиальном направлении вокруг оси 2 турбовентиляторного двигателя. Вал вентилятора прикреплен ниже по потоку от лопаток к валу 3 компрессора. Выражения «выше по потоку» и «ниже по потоку» следует понимать как выше и ниже по потоку в направлении, в котором текут газы. В данном случае вал представляет собой вал компрессора низкого давления. Сочетание вала вентилятора и вала 3 компрессора и какого-либо прикрепленного к нему другого вала будет далее назван валом 3 компрессора или приводным валом 3. Вал 3 компрессора удерживается первым подшипником 4 и вторым подшипником 5, расположенным ниже по потоку от первого подшипника 4.
Первый подшипник 4 содержит внутреннее кольцо 6 и наружное кольцо 7, между которыми установлены шарики 8 или другие элементы качения. Внутреннее кольцо 6 прикреплено к валу 3 компрессора, а наружное кольцо 7 прикреплено к опорной детали 9 первого подшипника, далее называемой опорой 9 первого подшипника. Опора 9 первого подшипника проходит от первого подшипника 4 ниже по потоку. Она, в общем, имеет форму усеченного конуса, а ее диаметр увеличивается в направлении ниже по потоку, при этом ниже по потоку она соединена с неподвижной конструкцией турбовентиляторного двигателя 1, что будет описано далее. Шарики 8 обеспечивают вращения внутреннего кольца 6 и, следовательно, вала 3 компрессора, по отношению к наружному кольцу 7 и, следовательно, по отношению к первой подшипниковой опоре 9 и по отношению к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1.
Второй подшипник 5 содержит внутреннее кольцо 10 и наружное кольцо 11, между которыми установлены ролики 12 или другие элементы качения. Внутреннее кольцо 10 прикреплено к валу 3 компрессора, а наружное кольцо 11 прикреплено к опорной детали 13 второго подшипника, далее называемой опорой 13 второго подшипника, которая проходит выше по потоку от второго подшипника 5. Наружное кольцо 11 второго подшипника 5 с этой целью содержит на его наружной поверхности радиальный фланец 14, прикрепленный к внутреннему фланцу опоры 13 второго подшипника посредством винтов 15.
Опора 13 второго подшипника, в общем, имеет форму усеченного конуса, при этом ее диаметр увеличивается в направлении выше по потоку, и у ее верхнего по потоку конца она содержит фланец 16, поперечный оси 2 турбовентиляторного двигателя. Опора 9 первого подшипника содержит у ее верхнего по потоку конца поперечный фланец 17, проходящий радиально внутрь, к которому посредством винтов 18 жестко прикреплен фланец 16 опоры 13 второго подшипника. Таким образом, опоры 9 и 13 первого и второго подшипников 4, 5 прикреплены друг к другу.
Фланец 17 опоры 9 первого подшипника жестко прикреплен к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1, в этом примере к фланцу 19 корпуса, известного как промежуточный корпус, посредством разрушаемых винтов 20, расположенных с наружной стороны от винтов 18, используемых для крепления опор 9, 13 первого и второго подшипников. Эти разрушаемые винты 20 содержат хрупкую часть 21, образующую зону, способствующую разрушению при растяжении и подвергаемую разрушению при приложении определенных растягивающих нагрузок. В данном случае такую хрупкую часть 21 выполняют посредством калибруемого утонения хвостовой части винтов 20. Таким образом, винты 20 образуют разъединяющее устройство, общее для первого и второго подшипников 4, 5, которые закреплены, для их отсоединения от неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1.
Ролики 12 второго подшипника 5 устанавливают параллельно оси 2 турбовентиляторного двигателя 1 в канавке, проходящей по периферии внутреннего кольца 10, и их удерживают на расстоянии друг от друга посредством «беличьей клетки», описание которой здесь не будет подробно приведено, поскольку она хорошо известна специалистам в данной области техники. Ролики обеспечивают возможность вращения внутреннего кольца 10 относительно наружного кольца 11 и, следовательно, вращения вала 3 компрессора относительно неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1.
Ниже по потоку от опоры 13 второго подшипника проходит перегородка 22, в общем, имеющая форму усеченного конуса, причем она проходит радиально внутрь и слегка ниже по потоку от фланца 19 промежуточного корпуса, при этом диаметр перегородки уменьшается ниже по потоку. На наружном конце радиального фланца 14 наружного кольца 11 второго подшипника 5 закреплено кольцо 23 с L-образным поперечным сечением, действующее совместно с неподвижной конструкцией турбовентиляторного двигателя 1 для того, чтобы в данном случае выполнять двойную функцию - удерживания вала 3 компрессора в осевом направлении в случае отсоединения подшипников 4, 5 и удерживания в осевом направлении вентилятора в случае поломки вала 3 компрессора. В данном случае это кольцо 23 выполняют в виде одной детали с радиальным фланцем 14, и оно содержит продольную часть 24, образующую длинную полку L-образного поперечного сечения, проходящую ниже по потоку от наружного конца радиального фланца 14, и радиальную часть 25, проходящую радиально наружу от верхнего по потоку конца продольной части 24.
Кольцо 23, имеющее L-образное поперечное сечение, предназначено для совместного действия с внутренней концевой частью 26 перегородки 22 для выполнения им двойной функции - удерживания вала 3 компрессора в радиальном направлении посредством его продольной части 24 и удерживания вентилятора в осевом направлении посредством его радиальной части 25.
Для достижения этого наружная стенка продольной части 24 кольца 23 находится на расстоянии «е» от внутренней стенки концевой части 26 перегородки 22, при этом расстояние «е» точно задают таким образом, что эти две стенки входят в соприкосновение в случае отсоединения подшипников, если амплитуда перемещений вала 3 компрессора в радиальном направлении превышает определенное пороговое значение, при этом перемещения вала 3 будут ограничены, а также будут ограничены перемещения вентилятора. При обычной работе турбовентиляторного двигателя 1 не будет происходить контакт между стенкой продольной части 24 кольца 23 и перегородкой 22.
Кроме того, верхняя по потоку стенка радиальной части 25 кольца 23 находится на расстоянии l от нижней по потоку стенки концевой части 26 перегородки 22, при этом расстояние l точно задают таким образом, что эти две стенки входят в соприкосновение в случае поломки вала 3 компрессора, чтобы выполнить функцию удерживания вентилятора в осевом направлении. Следует отметить, что поломка может произойти в любом месте вдоль вала 3 компрессора ниже по потоку от первого подшипника 4. Фактически, если допустить, что подшипники 4, 5 отсоединились и что вал 3 компрессора ломается между двумя подшипниками 4, 5, вентилятор, который продолжает вращаться, движется вперед с частью вала 3 компрессора, которая все еще прикреплена к нему. Эта часть приводит в движение вперед первый подшипник 4 и, поскольку детали прикреплены друг к другу, приводит в движение вперед опору 9 первого подшипника, опору 13 второго подшипника, радиальный фланец 14 наружного кольца 11 второго подшипника 5 и, следовательно, кольцо 23 с L-образным поперечным сечением, радиальная часть 25 которого приходит в состояние упора в концевую часть перегородки 22, прикрепленной к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1. Таким образом, происходит удерживание вентилятора. То же самое происходит в случае поломки ниже по потоку от второго подшипника, при этом вся часть вала 3 компрессора, находящаяся между двумя подшипниками 4, 5, будет приведена в движение вперед с кольцом 23 радиального фланца 14 второго подшипника 5.
Расстояния l и е точно задают таким образом, чтобы радиальная часть 25 кольца 23 не приходила в состояние упора в концевую часть 26 перегородки 22 при отсоединении. Фактически, в течение этой фазы вал 3 компрессора не вращается вокруг своей оси и может совершать перемещения, которые имеют продольные компоненты. В частности, когда ломается лопатка, происходящее при этом нарушение равновесия временно приводит к вращательному перемещению вала 3 компрессора вокруг первого разрушаемого винта 20, который ломается. Расстояние l будет достаточно велико, чтобы не возникало состояние упора радиальной части 25 кольца 23 в перегородку 22 при нормальной работе турбовентиляторного двигателя 1 или при разъединении.
Создающие препятствие вращению пальцы 27 также расположены на опоре 13 второго подшипника. Они проходят в продольном направлении назад от крепежных винтов 18, используемых для крепления опор 9, 13 первого и второго подшипников 4, 5 друг к другу. Эти пальцы 27 проходят через отверстия 28, образованные в перегородке 22, и действуют совместно с ними в случае отсоединения подшипников 4, 5 для препятствования вращению опор 9, 13 подшипников и, следовательно, наружных колец первого и второго подшипников 4, 5 вокруг оси 2 турбовентиляторного двигателя 1; пальцы 27 фактически приходят в состояние упора в стенки отверстий 28 в перегородке 22, которую крепят к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1. При этом имеется зазор между пальцами 27 и сквозными отверстиями 28, так чтобы не нарушать двойную функцию кольца 23 с L-образным поперечным сечением и не создавать помехи при разъединении.
Ниже будет более подробно раскрыт способ, посредством которого работает турбовентиляторный двигатель 1 при потере лопатки вентилятора.
Потеря лопатки в течение работы турбовентиляторного двигателя 1 и, следовательно, когда происходит вращение вентилятора, приводит к нарушению равновесия на валу 3 компрессора. Создаваемые при этом силы вызывают поломку хрупких частей 21 разрушаемых винтов 20, которые крепят опоры 9, 13 первого и второго подшипников 4, 5 к неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1. В этом конкретном примере хрупкая часть 21 винтов 20 образует зону, которая способствует поломке при растяжении, при этом нарушение равновесия на валу 3 компрессора по существу происходит в радиальном направлении; фактически радиальные нагрузки на вал 3 будут переходить у винтов 20 в продольные нагрузки, в частности, через опору 9 первого подшипника.
На всем протяжении динамики разъединения перемещения вала 3 компрессора ограничены в радиальном направлении совместным действием продольной части 24 кольца 23 с L-образным поперечным сечением и концевой части 26 перегородки 22. Радиальная часть 25 кольца 23 не создает помех такой динамике разъединения вследствие величины расстояния «l».
Как только все разрушаемые винты 20 будут сломаны, опора 9 первого подшипника и опора 13 второго подшипника будут отсоединены от фланца 19 промежуточного корпуса и, следовательно, от неподвижной конструкции турбовентиляторного двигателя 1. После этого не будет происходить передача к последнему сил, связанных с нарушением равновесия, посредством опор 9, 13 подшипников и вал 3 компрессора может свободно вращаться вокруг своей оси 2, при этом его перемещения в радиальном направлении будут ограничены кольцом 23, имеющим L-образное поперечное сечение, совместно с перегородкой 22. Вращение опор 9, 13 подшипников будет предотвращено посредством создающих препятствие вращению пальцев 27, которые описаны выше. Таким образом, кольцо 23 с L-образным поперечным сечением и создающие препятствие вращению пальцы 27 при совместном действии с перегородкой 22 выполняют функцию аварийной опоры подшипников, поскольку они выполняют функцию удерживания вала 3 компрессора в радиальном направлении, с предотвращением при этом вращения детали - кольца 23, прикрепленного к наружному кольцу 11 второго подшипника 5, вокруг оси 2 турбовентиляторного двигателя посредством опоры второго подшипника 5, и обеспечивают возможность вращения вала 3 компрессора.
Однако после потери лопатки вал 3 компрессора может быть поврежден. Если это происходит, то вращение вентилятора приводит к перемещению в переднем направлении прикрепленного к нему вала 3 компрессора. После этого радиальная часть 25 кольца 23, имеющего L-образное поперечное сечение, выполняет функцию удерживания вентилятора в осевом направлении, как было описано выше. Поэтому вентилятор далее не будет выброшен из турбовентиляторного двигателя 1.
Следовательно, кольцо 23 и стойкие к вращению пальцы 27 выполнены таким образом, чтобы совместно с перегородкой 22 выполнять функцию аварийной опоры подшипников, дополнительно осуществляя функцию удерживания вентилятора в осевом направлении.
Как показано на фиг.2, на которой ссылочные позиции, обозначающие компоненты, подобные компонентам, показанным на фиг.1, представляют собой те же самые цифры, но с добавлением последующего символа «прим», турбовентиляторный двигатель 1' согласно второму варианту его осуществления также содержит вентилятор, установленный так, чтобы совершать вращение вокруг оси 2' турбовентиляторного двигателя, с приведением его в движение приводным валом 3', который представляет собой вал 3' компрессора, удерживаемый первым подшипником 4' и вторым подшипником 5', расположенным ниже по потоку от первого подшипника 4'. Первый подшипник 4' содержит внутреннее кольцо 6', прикрепленное к приводному валу 3', и наружное кольцо 7', прикрепленное к опоре 9' первого подшипника, при этом между кольцами устанавливают шарики 8' или другие элементы качения. Опора 9' первого подшипника, в общем, имеющая форму усеченного конуса, проходит ниже по потоку, где она содержит нижний по потоку фланец 17', прикрепленный к фланцу 19' промежуточного корпуса посредством разрушаемых винтов 20', образующих устройство для отсоединения подшипников 4', 5', посредством их хрупкой части 21', которая образует зону, подверженную разрушению при растяжении.
Второй подшипник 5' содержит внутреннее кольцо 10', прикрепленное к валу 3' компрессора, и наружное кольцо 11', прикрепленное к опоре 13' второго подшипника, а между этими кольцами устанавливают ролики 12' или другие элементы качения. Наружное кольцо 11' прикреплено к опоре 13' второго подшипника посредством радиального фланца 14', выступающего от его наружной стенки, используя винты 15'.
Опора 13' второго подшипника, которая в незначительной степени имеет форму усеченного конуса, у своего верхнего по потоку наружного конца содержит фланец 16', прикрепленный к нижнему по потоку фланцу 17' опоры 13' второго подшипника посредством винтов 18' с внутренней стороны от хрупких винтов 20'.
Между фланцем 19' промежуточного корпуса и радиальным фланцем 14' наружного кольца 11' второго подшипника 5' проходит перегородка 29' для препятствования вращению опор 9', 13' подшипников и для удерживания вала 3' компрессора в радиальном направлении в случае разъединения, а также для удерживания вентилятора в осевом направлении в случае поломки вала 3' компрессора. Эта перегородка 29' от фланца 19' промежуточного корпуса до фланца 14' наружного кольца 11' содержит часть 30', поперечную оси турбовентиляторного двигателя, и часть 31', имеющую U-образное поперечное сечение с продольным наружным ответвлением 32', поперечным основанием 33' и продольным внутренним ответвлением 34', при этом основание 33' U-образной части расположено у нижнего по потоку конца. Часть 31' с U-образным поперечным сечением, далее называемая U-образной частью 31', проходит между внутренним концом поперечной части 30' и наружным концом радиального фланца 14' кольца 11', к обоим из которых она прикреплена.
В частности, U-образная часть 31' в данном случае выполняет тройную функцию - препятствования вращению опор 9', 13' подшипников, удерживания вала 3' компрессора в радиальном направлении при отсоединении подшипников 4', 5' и удерживания вентилятора в осевом направлении в случае поломки вала 3' компрессора. Перегородка 29' не оказывает влияния на нормальную работу турбовентиляторного двигателя 1'.
Для этой цели U-образной части 31' придают такие размеры, чтобы она проявляла определенную степень гибкости в радиальном направлении, которую обеспечивают посредством эластичности между двумя ответвлениями 32', 34', но чтобы она при этом обладала достаточной прочностью для выполнения функции удерживания вала 3' компрессора в радиальном направлении при отсоединении подшипников 4' и 5'. Эта часть 31' также обладает жесткостью на кручение, чтобы обеспечить функцию препятствования вращению опор 9', 13' подшипников и, следовательно, наружных колец первого и второго подшипников 4', 5' посредством действия опоры 13' второго подшипника, к которой ее крепят с помощью фланца 14' наружного кольца второго подшипника 5'. Кроме того, эту часть калибруют таким образом, чтобы она проявляла определенную степень гибкости в осевом направлении, которая в данном случае больше, чем гибкость в радиальном направлении, так чтобы не создавать затруднений перемещениям приводного вала в продольном направлении при отсоединении подшипников 4', 5', но обладала бы достаточной прочностью для выполнения функции удерживания вентилятора в осевом направлении, если происходит поломка вала 3' компрессора.
Можно отметить аналогию между, с одной стороны, гибкостью и прочностью в радиальном направлении U-образной части 31' и расстоянием е в турбовентиляторном двигателе согласно фиг.1 и, с другой стороны, гибкостью и прочностью в осевом направлении U-образной части 31' и расстоянием l этого турбовентиляторного двигателя. При разъединении перемещения вала 3' компрессора в продольном направлении будут допущены до определенной степени, как и в случае варианта воплощения изобретения согласно фиг.1.
Следует отметить, что функция препятствования вращению опор 9', 13' подшипников в данном случае обеспечена посредством перегородки 29' без наличия пальцев, стойких к вращению. Поэтому перегородка 29', в частности, посредством ее U-образной формы, выполняет функцию аварийной опоры подшипника по отношению ко второму подшипнику 5', поскольку она удерживает в радиальном направлении вал компрессора, который может вращаться относительно наружного кольца 11', вращение которого предотвращено. Она также выполняет функцию удерживания вентилятора в осевом направлении в случае поломки вала 3' компрессора.
Как и ранее, удерживание вентилятора в осевом направлении происходит в случае поломки вала 3' компрессора в любом месте вдоль этого вала 3', при условии, что это место находится ниже по потоку от первого подшипника 4'. Вновь при отсоединении подшипников 4', 5', если происходит поломка вала 3' компрессора между подшипниками 4', 5', вентилятор, который продолжает вращение, будет приведен в движение в переднем направлении вместе с частью вала 3' компрессора, которая все еще будет прикреплена к нему. Эта часть приводит в движение вперед первый подшипник 4', а поскольку детали крепят друг к другу, следовательно, и опору 9' первого подшипника, опору 13' второго подшипника, радиальный фланец 14' наружного кольца 11' второго подшипника и поэтому перегородку 29 с ее U-образной частью 31', которая сохраняется в целостности. Таким образом, происходит удерживание вентилятора. То же самое справедливо и в том случае, если поломка происходит ниже по потоку от второго подшипника 5'.
Способ, по которому работает турбовентиляторный двигатель 1' согласно фиг.2, когда он теряет лопатку вентилятора, полностью сравним с работой турбовентиляторного двигателя согласно фиг.1. Вновь, в этот раз посредством перегородки 29 получают аварийную опору подшипника, которая, кроме того, выполняет функцию удерживания вентилятора в осевом направлении.
Как показано на фиг.3, на которой ссылочным позициям, обозначающим компоненты, подобные компонентам, показанным на фиг.1, присвоен тот же самый номер с последующим двойным символом «прим», турбовентиляторный двигатель 1'' согласно второму варианту его осуществления также содержит вентилятор, установленный так, чтобы он вращался вокруг оси 2'' турбовентиляторного двигателя и приводился в движение посредством приводного вала 3'', который представляет собой вал 3'' компрессора, удерживаемый первым подшипником 4'' и вторым подшипником 5'', расположенным ниже по потоку от первого подшипника 4''. Первый подшипник 4'' содержит внутреннее кольцо 6'', прикрепленное к приводному валу 3'', и наружное кольцо 7'', прикрепленное к опоре 9'' первого подшипника, при этом между кольцами устанавливают шарики 8'' или другие элементы качения. Опора 9'' первого подшипника, в общем, имеющая форму усеченного конуса, проходит ниже по потоку, где она содержит нижний по потоку фланец 17'', прикрепленный к фланцу 19'' промежуточного корпуса посредством разрушаемых винтов 20'', образующих устройство для отсоединения подшипников 4', 5' с помощью хрупкой части 21'', которая образует зону, способствующую разрушению при растяжении.
Второй подшипник 5'' содержит внутреннее кольцо 10'', прикрепленное к валу 3'' компрессора, и наружное кольцо 11'', прикрепленное к опоре 13'' второго подшипника, между которыми устанавливают ролики 12' или другие элементы качения. Наружное кольцо 11'' крепят ко второй опоре 13'' подшипника посредством радиального фланца 14'', выступающего от его наружной стенки, используя винты 15''.
Опора 13'' второго подшипника, которая в незначительной степени имеет форму усеченного конуса, у своего верхнего по потоку наружного конца содержит наружный фланец 16'', прикрепленный к нижнему по потоку фланцу 17'' опоры 13'' первого подшипника посредством винтов 18'', расположенных с внутренней стороны от разрушаемых винтов 20''.
Радиально внутрь от фланца 19'' промежуточного корпуса проходит ребро 35'', поперечное к оси 2'' турбовентиляторного двигателя 1'' и находящееся ниже по потоку от наружного фланца 16'' опоры 13'' второго подшипника. Стойкие к вращению пальцы 27'' проходят назад в продольном направлении от крепежных винтов 18'', которые крепят друг к другу опоры 9'', 13'' подшипников, через отверстия 28'', образованные в ребре 35'', чтобы предотвратить вращение опор 9'', 13'' подшипников вокруг оси 2'' турбовентиляторного двигателя 1'' в случае разъединения.
Наружный фланец 16'' опоры 13'' второго подшипника прикреплен к фланцу 17'' опоры 9'' первого подшипника таким образом, что его наружный край имеет радиальный зазор Е по отношению к внутренней стенке фланца 19'' промежуточного корпуса выше по потоку от ребра 35'', так чтобы при совместном действии посредством примыкания выполнять функцию удерживания вала 3'' компрессора в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников 4', 5'.
Создающие препятствие вращению пальцы 27'' содержат на их части, выступающей с нижней по потоку стороны ребра 35'', фланцевое кольцо 36'', находящееся на расстоянии L от нижней по потоку стенки ребра 35'', так чтобы выполнять функцию удерживания вентилятора в осевом направлении в случае поломки вала 3'' компрессора.
Можно отметить аналогию между расстояниями Е и L варианта воплощения изобретения согласно фиг.3 и расстояниями е и l варианта воплощения изобретения согласно фиг.1. Вновь создающие препятствие вращению пальцы 27'' установлены с зазором в отверстия 28'', так чтобы не создавать помех функции, предназначенной для фланца 16'', удерживания вала 3'' компрессора в радиальном направлении и функции, предназначенной для колец 36'' фланца, удерживания вентилятора в осевом направлении. Кроме того, расстояния Е и L задают такими, чтобы кольца 36'' фланца не опирались на ребро 35'' в течение обычной работы турбовентиляторного двигателя 1'' или фазы отсоединения его подшипников 4'', 5''.
Способ работы турбовентиляторного двигателя 1'' согласно фиг.3, когда происходит потеря лопатки вентилятора, полностью сравним с работой турбовентиляторного двигателя согласно фиг.1, при этом функцию удерживания вала 3'' компрессора в радиальном направлении обеспечивают посредством наружного края фланца 16'' опоры 13'' второго подшипника при совместном действии с фланцем 19'' промежуточного корпуса, функцию препятствования вращению опор 9'', 13'' подшипников обеспечивают посредством создающих препятствие вращению пальцев 27'' при совместном действии с отверстиями 28'' в ребре 35'', а функцию удерживания вентилятора в осевом направлении обеспечивают посредством фланцевых колец 36'' пальцев 27'' при совместном действии с нижней по потоку поверхностью ребра 35'', прикрепленного к фланцу 19'' промежуточного корпуса. Вновь фактически имеется аварийная опора подшипника, выполняющая дополнительную функцию удерживания вентилятора в осевом направлении.
Опять-таки поломка вала 3'' компрессора может произойти в любом месте вдоль этого вала 3'' при условии, что оно находится ниже по потоку от первого подшипника 4''. При отсоединении подшипников 4'', 5'', если вал 3'' компрессора ломается между двумя подшипниками 4'', 5'', то вентилятор, который продолжает вращение, будет перемещаться вперед с частью вала 3'' компрессора, которая все еще прикреплена к нему. Эта часть приводит в движение в переднем направлении первый подшипник 4'', а поскольку детали прикреплены друг к другу, следовательно, и опору 9'' первого подшипника, опору 13'' второго подшипника и пальцы 27'' с их фланцевым кольцом 36'', которые упираются в ребро 35'' и сохраняют целостность. Таким образом, происходит удерживание вентилятора. То же самое справедливо и в том случае, если поломка происходит ниже по потоку от второго подшипника 5''.
Изобретение описано в виде трех вариантов осуществления применительно к турбовентиляторному двигателю, в частности, к двухкаскадному турбовентиляторному двигателю, второй подшипник которого представляет собой подшипник, удерживающий ротор низкого давления. Изобретение может быть применено и к другим типам турбомашин, например, к турбовинтовому двигателю, промышленному турбокомпрессору или промышленной турбине, если ротор не является ротором вентилятора, а представляет собой довольно простой ротор.
1. Устройство для разъединения неподвижной конструкции турбомашины и первой и второй частей, прикрепленных друг к другу и образующих опоры для первого подшипника и второго подшипника приводного вала ротора турбомашины, отличающееся тем, что оно содержит средства, предназначенные для совместного действия, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению опор подшипников и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства предназначены для выполнения третьей функции - удерживания ротора в осевом направлении в случае поломки приводного вала.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства расположены на опорной детали второго подшипника.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства выполнены так, чтобы не создавать помех перемещениям приводного вала в продольном направлении при разъединении.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, между которыми установлены элементы качения, разъединяющее устройство содержит перегородку с внутренней концевой частью, прикрепленную к неподвижной конструкции турбомашины, и кольцо, прикрепленное к наружному кольцу, имеющее L-образное поперечное сечение и соединенное с опорной деталью второго подшипника, содержащее продольную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки, чтобы выполнять функцию удерживания приводного вала в радиальном направлении, и радиальную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки, чтобы выполнять функцию удерживания ротора в осевом направлении, причем пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия в перегородке для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, соединенное с опорной деталью второго подшипника, с установкой между кольцами элементов качения, разъединяющее устройство содержит перегородку, установленную между неподвижной конструкцией и наружным кольцом, к обоим из которых она прикреплена, при этом перегородка содержит часть с U-образным поперечным сечением, предназначенную для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников, удерживания приводного вала в радиальном направлении и удерживания ротора в осевом направлении.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что когда опорные детали подшипников прикреплены к фланцу неподвижной конструкции, опорная деталь второго подшипника выполнена таким образом, что ее наружный край имеет радиальный зазор (Е) по отношению к фланцу для выполнения функции удерживания приводного вала в радиальном направлении, а пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия, образованные в ребре, прикрепленном к фланцу, чтобы выполнять функцию препятствования вращению опор подшипников, при этом пальцы содержат фланцевое кольцо, предназначенное для обеспечения осевого зазора (L) относительно ребра и для выполнения функции удерживания ротора в осевом направлении.
8. Компрессор турбомашины, содержащий ротор с приводным валом, отцентрированным на оси турбомашины посредством первого подшипника и второго подшипника, при этом подшипники соответственно удерживаются опорной деталью первого подшипника и опорной деталью второго подшипника, причем опорные детали прикреплены друг к другу и соединены с неподвижной конструкцией турбомашины посредством разъединяющего устройства, отличающийся тем, что он содержит средства, предназначенные для совместного действия, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению опор подшипников и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
9. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что упомянутые средства предназначены для выполнения третьей функции - удерживания ротора в осевом направлении в случае поломки приводного вала.
10. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что упомянутые средства расположены на опорной детали второго подшипника.
11. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что упомянутые средства выполнены так, чтобы не создавать помех перемещениям приводного вала в продольном направлении при разъединении.
12. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, между которыми установлены элементы качения, неподвижная конструкция удерживает перегородку с внутренней концевой частью, а наружное кольцо удерживает кольцо с L-образным поперечным сечением, соединенное с опорной деталью второго подшипника и содержащее продольную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки для выполнения функции удерживания приводного вала в радиальном направлении, и радиальную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки для выполнения функции удерживания ротора в осевом направлении, причем пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия в перегородке для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников.
13. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, соединенное с опорной деталью второго подшипника, а между кольцами установлены элементы качения, устанавливают перегородку между неподвижной конструкцией и наружным кольцом, к обоим из которых она прикреплена, при этом перегородка содержит часть с U-образным поперечным сечением, предназначенную для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников, удерживания приводного вала в радиальном направлении и удерживания ротора в осевом направлении.
14. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что когда опорные детали подшипников крепят к фланцу неподвижной конструкции, опорная деталь второго подшипника выполнена таким образом, что ее наружный край имеет радиальный зазор (Е) по отношению к фланцу, чтобы выполнять функцию удерживания приводного вала в радиальном направлении, а пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия, образованные в ребре, прикрепленном к фланцу, для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников, при этом пальцы содержат фланцевое кольцо, предназначенное для обеспечения осевого зазора (L) по отношению к ребру и для выполнения функции удерживания ротора в осевом направлении.
15. Турбомашина, содержащая ротор с приводным валом, отцентрированным на оси турбомашины посредством первого подшипника и второго подшипника, при этом подшипники соответственно удерживаются опорной деталью первого подшипника и опорной деталью второго подшипника, причем опорные детали прикреплены друг к другу и соединены с неподвижной конструкцией турбомашины посредством разъединяющего устройства, отличающаяся тем, что она содержит средства, предназначенные для совместного действия, по меньшей мере, с одним элементом неподвижной конструкции турбомашины для выполнения двойной функции - препятствования вращению опор подшипников и удерживания приводного вала в радиальном направлении в случае отсоединения подшипников.
16. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые средства предназначены для выполнения третьей функции - удерживания ротора в осевом направлении в случае поломки приводного вала.
17. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые средства расположены на опорной детали второго подшипника.
18. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые средства выполнены так, чтобы не создавать помех перемещениям приводного вала в продольном направлении при разъединении.
19. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, между которыми установлены элементы качения, неподвижная конструкция удерживает перегородку с внутренней концевой частью, а наружное кольцо удерживает кольцо с L-образным поперечным сечением, соединенное с опорной деталью второго подшипника и содержащее продольную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки для выполнения функции удерживания приводного вала в радиальном направлении, и радиальную часть, предназначенную для совместного действия с концевой частью перегородки для выполнения функции удерживания ротора в осевом направлении, причем пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия в перегородке для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников.
20. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что когда второй подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, соединенное с опорной деталью второго подшипника, а между кольцами установлены элементы качения, устанавливают перегородку между неподвижной конструкцией и наружным кольцом, к обоим из которых она прикреплена, при этом перегородка содержит часть с U-образным поперечным сечением, предназначенную для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников, удерживания приводного вала в радиальном направлении и удерживания ротора в осевом направлении.
21. Турбомашина по п.15, отличающаяся тем, что когда опорные детали подшипников прикреплены к фланцу неподвижной конструкции, опорная деталь второго подшипника выполнена таким образом, что ее наружный край имеет радиальный зазор (Е) по отношению к фланцу для выполнения функции удерживания приводного вала в радиальном направлении, а пальцы, прикрепленные к опорной детали второго подшипника, проходят через отверстия, образованные в ребре, прикрепленном к фланцу, для выполнения функции препятствования вращению опор подшипников, при этом пальцы содержат фланцевое кольцо, предназначенное для обеспечения осевого зазора (L) по отношению к ребру и для выполнения функции удерживания ротора в осевом направлении.
